Новый способ получения элемента 116 открывает дверь к более тяжелым атомам

Исследователи на 88-дюймовом циклотроне Лаборатории Беркли получили сверхтяжелый элемент 116 с помощью пучка титана-50. Это не только новый способ получения сверхредкого элемента, но и доказательство того, что в скором времени можно будет создать еще не открытый элемент 120, который может быть стабильным.

В периодической таблице элементы располагаются в зависимости от их атомного номера, или количества протонов в ядре каждого элемента. Если первые 94 элемента в таблице встречаются в природе, то все элементы тяжелее этого были созданы только в лаборатории путем слияния существующих элементов.

На бумаге это звучит довольно просто: если вы хотите получить элемент с определенным атомным номером, просто соедините два других элемента, у которых в сумме столько же протонов. Так, например, чтобы получить элемент оганессон, имеющий 118 протонов, ученые обычно пускают луч кальция (с 20 протонами) в мишень из калифорния (с 98 протонами).

Именно так, обстреливая пучком кальция разные мишени, были впервые синтезированы сверхтяжелые элементы 112-118. Предполагается, что за краем периодической таблицы находится еще больше элементов, но, к сожалению, калифорний — самый тяжелый элемент, который можно использовать в качестве мишени, — следующие за ним слишком нестабильны.

Но если нельзя изменить мишень, можно изменить снаряд. Именно так и поступила команда ученых Лаборатории Беркли, получив дополнительные два протона, переведя луч с кальция на титан, который имеет 22 протона. Однако сделать это не так просто, как кажется.

Во-первых, для этого нужен титан-50 — редкий изотоп, составляющий всего 5% от всего природного титана на Земле. Затем его нагревают в специальной печи почти до 1 650 °C, испаряя титан. Ионный источник создает плазму заряженного титана, которую затем можно превратить в луч и выстрелить в цель.

Впервые титановый луч использовался в подобных экспериментах, поэтому, чтобы проверить его работоспособность, ученые выстрелили им в мишень из плутония (6 триллионов атомов в секунду), который содержит 94 протона. Это приводит к образованию элемента 116, ливермория. В итоге этот неуловимый элемент был обнаружен, хотя и очень редко: за 22 дня эксперимента было получено всего два атома этого вещества.

Элемент 120

Теперь исследователи планируют использовать титановый луч для поиска гипотетического элемента 120. Это можно сделать, обстреляв титаном калифорниевую мишень — хотя ожидается, что это будет еще более редкое явление.

«Мы думаем, что для получения 120-го элемента потребуется в 10 раз больше времени, чем для 116-го», — говорит Райнер Крюкен, директор Отдела ядерных наук в Лаборатории Беркли. «Это нелегко, но сейчас это кажется осуществимым».

Если его удастся открыть, элемент 120 (или унбинилий, если использовать его условное название), по прогнозам, будет щелочноземельным металлом и займет место в пустующем восьмом ряду периодической таблицы, рядом с еще не открытым элементом 119.

Но самое интересное, что у элемента 120 есть все шансы оказаться на «острове стабильности».

Сверхтяжелые элементы обычно имеют очень короткий период полураспада, то есть распадаются за считанные миллисекунды, что делает их сложными для изучения и нецелесообразными для использования в реальном мире.

Но было предсказано, что некоторые изотопы этих элементов могут обладать как раз тем количеством нейтронов, которое необходимо для того, чтобы сбалансировать весь процесс, стабилизировав его на несколько минут или даже дней. Если это так, то элемент 120 может стать самым полезным новым элементом, созданным за последнее время.

Исследователи могут приступить к экспериментам уже в 2025 году, хотя на получение атомов элемента 120 может уйти несколько лет.

Результаты исследования были представлены в журнал Physical Review Letters.